[發明專利]一種復眼式堆疊密集型多泡結構的原子氣室及其制備方法

有效

• 申請號: 201711235817.7
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108002343B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 郭弘;陳景標;彭翔;羅斌;常鵬媛
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81C3/00;B81B7/00;G04F5/14
• 代理公司: 北京君智知識產權代理事務所(普通合伙) 11305
• 代理人: 黃綠雯

本發明提供一種復眼式堆疊密集型多泡結構的原子氣室，所述原子氣室包括玻璃外殼和填充的介質，所述玻璃外殼內還設置多個由玻璃壁構造的微原子氣泡，所述微原子氣泡內填充堿金屬原子和緩沖氣體。本發明的復眼式堆疊密集型多泡結構的原子氣室能夠穩定溫度系數和抑制壓力頻移，解決氣泡式銣原子頻標和銫原子磁力儀由于原子氣室溫度和壓力變化對其長期頻率穩定度指標的制約，從而解決其頻率長期漂移的問題。本發明的技術方案為銣原子鐘、原子磁力儀、原子濾光器及法拉第主動光鐘等有較高要求的應用提供了更低溫度系數、溫度起伏和更小壓力頻移的原子氣室。

【技術領域】

本發明涉及一種原子氣室，具體地，涉及一種復眼式堆疊密集型多泡結構的原子氣室，可以廣泛應用到氣泡型的銣原子鐘、原子磁力儀、原子濾光器、無極燈及法拉第主動光鐘等領域。

【背景技術】

目前氣泡型的銣原子頻標中采用的銣吸收泡是單泡原子氣室，如圖1所示，其內部充有堿金屬銣原子和緩沖氣體，這種結構的銣吸收泡存在兩個弊端，一是溫度易受外界影響，溫度系數不易提高；二是堿金屬銣原子向玻璃泡壁的擴散會造成原子氣室內氣壓變化，帶來壓力頻移。這兩個問題嚴重制約銣原子頻標長期穩定度的指標的提升空間。幾十年來，國內外的銣原子頻標的長期頻率穩定度研究在持續緩慢優化，但是沒有取得突破性的進展。

類似的，銫原子磁力儀中也用到如圖1所示的單泡原子氣室，由于氣壓和溫度的漂移，也嚴重制約著磁力儀的頻率穩定度難以進一步提升。

類似的，在法拉第反常色散原子濾光器中也用到如圖1所示的單泡原子氣室，其溫度和氣壓的變化會影響透射譜的中心頻率漂移，同時也會造成透射率發生變化。法拉第反常色散原子濾光器比較典型的應用就是法拉第主動光鐘，其頻率穩定度決定于原子濾光器的中心頻率和透射率。

類似的，無極燈的核心組成部分也是如圖1所示的單泡原子氣室，原子氣室的壓力頻移也會造成光譜頻率不穩定和發光強度的波動。

有鑒于此，本發明提供一種復眼式堆疊密集型多泡結構的原子氣室及其制備方法，這種創新性結構的銣吸收氣室，通過內置大量微原子氣泡這樣多泡之間各獨立泡參數的總體平均，極大降低和消除溫度和壓力的無規游走漂移，因此具有極低溫度系數和溫度起伏的優點，以及極小壓力頻移的內稟特性，與國際上沿用幾十年的單泡原子氣室相比，本發明的新穎性將能幫助實現應用這種多泡原子氣室的領域研究指標提高一到兩個量級。

【發明內容】

本發明的目的是克服現有技術缺陷，試圖通過改進原子氣室結構，從單泡原子氣室改進為一種復眼式堆疊密集型多泡結構原子氣室，通過大量的微原子氣泡之間各獨立泡參數的總體平均降低或消除溫度和壓力的無規游走漂移，從而降低溫度系數、溫度起伏和壓力頻移。

為了實現上述目的，本發明提供一種具有復眼式堆疊密集型多泡結構的原子氣室，所述原子氣室包括玻璃外殼和填充在玻璃外殼內的介質，所述玻璃外殼內還設置多個由玻璃壁構造的微原子氣泡，所述微原子氣泡內填充堿金屬原子和緩沖氣體。

在本發明中，填充在玻璃外殼與微原子氣泡間的介質可以是真空、堿金屬原子、緩沖氣體或是緩沖氣體和堿金屬原子。通常，該介質為堿金屬原子或緩沖氣體和堿金屬原子時，所選用的堿金屬原子與微原子氣泡內填充的堿金屬原子相同；類似地，當該介質為緩沖氣體或緩沖氣體和堿金屬原子時，所選用的緩沖氣體與微原子氣泡內填充的緩沖氣體相同。

通過這樣的結構改進獲得了一種復眼式堆疊密集型多泡結構的原子氣室，處于玻璃外殼內的多個微原子氣泡采用相同的材料。這樣，多個微原子氣泡作為一個個獨立的單元填充到玻璃外殼中，盡管每個單元的溫度和氣壓存在微弱的隨機變化，但對于整體而言，多泡結構起到了平均溫度和氣壓的作用，所以這種復眼式堆疊密集型多泡結構的原子氣室可以減小堿金屬原子(如銣原子、銫原子)吸收泡溫度漂移對堿金屬原子頻標和原子磁力儀等長期穩定度帶來的影響，其結果是它們頻率不確定度的阿倫方差不會隨時間變化先減小后增大，而是沿著時間軸持續減小，比現有的最優的長期穩定度指標還提高一到兩個量級。